Tragbarer Sensor verfolgt, wie viel Sie kratzen

Wie viel juckt es? Das ist eine Frage, die Ärzte Menschen mit Ekzemen und anderen juckreizauslösenden Krankheiten oft stellen, aber die Antwort ist subjektiv und schwer zu quantifizieren. als würde man gebeten, seinen Schmerz anhand einer dieser Emoji-Gesichtsschmerzskalen zu bewerten.

Heute berichten Forscher in Fortschritte in der Wissenschaft Ein tragbarer Sensor, der genau quantifizieren kann, wie stark eine Person kratzt. Das Gerät wird auf dem Handrücken getragen und verwendet sowohl Bewegungs- als auch Vibrationserfassung, um die Aktivität der Hand zu erfassen. Ein Algorithmus für maschinelles Lernen identifiziert dann die Bewegung als entweder Kratzen oder eine andere nicht kratzende Handbewegung.

„Die Fähigkeit, Kratzer als objektive Methode zur Messung des Juckreizes zu quantifizieren, ist bei einer Vielzahl von Erkrankungen sehr wichtig“, sagt Shuai (Steve) Xu, zertifizierter Dermatologe und biomedizinischer Ingenieur an der Northwestern University. Juckreiz ist ein Schlüsselsymptom nicht nur für Ekzeme und andere Hauterkrankungen, sondern auch für Lebererkrankungen, Nierenerkrankungen und bestimmte Krebsarten.

Tatsächlich ist Juckreiz eines der Hauptsymptome, die die Lebensqualität dieser Patienten beeinträchtigen. sagt Xu, Wer hat das Gerät mitentwickelt? John Rogers im Nordwesten. “Juckreiz ist miserabel”, sagt er. “Wenn Sie jemals einen Anfall von Giftefeu hatten, stellen Sie sich vor, Sie leben Tag für Tag ohne Aufschub damit.”

Das Messen und Quantifizieren des Juckreizes könnte die medizinische Behandlung dieser Patienten verbessern. Zum Beispiel würde es Ärzten und Patienten eine objektivere Möglichkeit geben, festzustellen, ob ein Medikament wirkt. Dies gilt insbesondere für kleine Kinder, die möglicherweise nicht in der Lage sind, zu artikulieren, wie sich ihr Körper im Laufe der Zeit verändert.

Ein solches Gerät könnte auch klinische Studien verbessern, indem Arzneimittelherstellern und Aufsichtsbehörden objektive Daten zur Verfügung gestellt werden, aus denen hervorgeht, ob ein Arzneimittel wirkt oder nicht. „Es gibt viele neue Medikamente, die von Pharmaunternehmen gegen Ekzeme entwickelt werden. Was brauchen Sie? Sie brauchen objektive Endpunkte, um zu zeigen, dass ihr Medikament wirkt, und der wichtigste ist die Quantifizierung des Juckreizes “, sagt Xu.

Forscher haben versucht, Standardbeschleunigungsmesser in Kombination mit maschinellem Lernen zur Überwachung von Kratzern zu verwenden, und Nestle Skin Health und Maruho haben sogar eine App für die Apple Watch namens Itch Tracker erstellt. Laut Xu fällt es diesen Geräten jedoch schwer, Kratzer zu erfassen, wenn sich nur die Finger ohne Bewegung des Handgelenks bewegen.

Um vorhandene Geräte zu verbessern, entwickelte das Northwestern-Team einen weichen, flexiblen Sensor, der sowohl Bewegung als auch akustomechanische Hochfrequenzsignale (1.600 Hz) erfasst. Diese Signale werden durch die Bewegung der Hand und die Vibrationen erzeugt, die durch die Fingerspitzen verursacht werden, die die Haut berühren. „Damit können wir das Kratzen ohne Mikrofon erfassen“, sagt Xu.

Die nordwestlichen Forscher berichteten zunächst über den Sensor vor über einem Jahr, nachdem sie eine Studie durchgeführt hatten, in der der Sensor auf der Brust platziert wurde, um Signale für Schlucken, Atmung und Herzaktivität zu erfassen. Es war erfolgreich und als Dermatologe wollte Xu es natürlich auf Hautkratzer anwenden.

Um das Gerät an Kratzer anzupassen, trainierte das Team einen Lernalgorithmus – einen zufälligen Waldklassifikator -, um Kratzer korrekt zu identifizieren. Das Training umfasste zehn Erwachsene, die mit dem Sensor an ihren dominanten Händen eine Vielzahl von Körperstellen kratzten. „Wir haben viel getan, um zu verstehen, welche Frequenzbänder ein Kratzer erzeugt und wie er sich vom Winken, Tippen und Schreiben von SMS unterscheidet“, sagt Xu.

Das Team testete dann die Genauigkeit des Sensors an 11 Kindern mit Ekzemen. Die Kinder trugen den Sensor auf dem Handrücken, während sie bis zu drei Wochen zu Hause schliefen. Die Eltern stellten eine Infrarot-Videokamera neben dem Bett auf und zeichneten ihre Kinder über Nacht auf.

Das Team überprüfte dann visuell fast 400 Stunden Videomaterial dieser schlafenden Kinder und verglich es mit zeitsynchronisierten Daten vom Sensor, um festzustellen, wie gut der Algorithmus funktionierte. Die Daten zeigten laut ihrem Bericht eine Sensitivität von 84,3% und eine Genauigkeit von 99,3%.

Xu sagt, er arbeite an einem Folgepapier, das zwei Sensoren verwendet – einen an der Hand und einen an der Brust -, um sowohl den Schlaf als auch das Kratzen zu messen. Er hofft, dass die Studie ihm helfen wird, die Auswirkungen des Kratzens auf den Tiefschlaf besser zu verstehen.

Laut Xu haben Novartis und Pfizer die Arbeit von Northwestern an dem Sensor finanziell unterstützt, und sein Spin-out-Unternehmen Sibel Health arbeitet „mit mehreren Pharmaunternehmen zusammen, um den Sensor im Rahmen ihrer klinischen Studien zu implementieren“. Er sagte, er könne nicht offenlegen, welche Unternehmen es nutzen.

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